JP7184542B2 - Chemical mechanical polishing pad for improved removal rate and planarization - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照
本出願は、2017年6月6日に出願されたapplication Ser.No.15/615,254の一部継続出願である。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is a continuation-in-part of application Ser.
本発明は、ケミカルメカニカルポリッシングパッド及びその使用方法に関する。とりわけ、本発明は、4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)、又はMCDEA及び4,4’-メチレン-ビス-o-(2-クロロアニリン)(MbOCA)の混合物の硬化剤と、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)のポリオール、又はPTMEG及びPPGのポリオールブレンド、並びに芳香族ジイソシアナート、又は芳香族ジイソシアナート及び脂環式ジイソシアナートの組み合わせより生成された、8.6~11重量%の未反応のイソシアナート(NCO)を含むポリイソシアナートプレポリマーとを含む熱硬化性反応混合物のポリウレタン反応生成物の研磨層又は上部研磨表面を含む低減衰成分を有するケミカルメカニカルポリッシングパッドと、不揮発性フラッシュメモリ(例えば、3D NAND)基板などの三次元半導体基板又はメモリ基板を研磨するためのパッドの使用方法とに関する。 The present invention relates to chemical mechanical polishing pads and methods of use thereof. In particular, the present invention relates to 4,4′-methylenebis(3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA), or MCDEA and 4,4′-methylene-bis-o-(2-chloroaniline) (MbOCA). ) and a polyol of polytetramethylene ether glycol (PTMEG), polypropylene glycol (PPG), or a polyol blend of PTMEG and PPG, and an aromatic diisocyanate, or an aromatic diisocyanate and a cycloaliphatic A polishing layer of a polyurethane reaction product of a thermosetting reaction mixture comprising a polyisocyanate prepolymer containing 8.6-11% by weight of unreacted isocyanate (NCO) produced from a combination of diisocyanates; or The present invention relates to a chemical mechanical polishing pad having a low attenuation component that includes an upper polishing surface and methods of using the pad for polishing three-dimensional semiconductor or memory substrates, such as non-volatile flash memory (eg, 3D NAND) substrates.
どのような半導体又はメモリデバイスの生産においても、いくつかのケミカルメカニカルポリッシング(CMP研磨)プロセスが必要とされ得る。各CMPプロセスでは、砥粒含有研磨スラリー又は砥粒不含反応性液体などの研磨溶液と組み合わせたポリッシングパッドが、平坦化したり、基板の平坦性を維持したりするように余分な材料を除去する。半導体中の多層の積層は、集積回路を形成するように組み合わさる。そのような半導体デバイスの製造は、より高い動作速度、より低い漏れ電流及び低い消費電力を有するデバイスの要件のため、さらに複雑化し続けている。 Several chemical mechanical polishing (CMP polishing) processes may be required in the production of any semiconductor or memory device. In each CMP process, a polishing pad combined with a polishing solution, such as an abrasive-containing polishing slurry or an abrasive-free reactive liquid, removes excess material to planarize or maintain the flatness of the substrate. . Multiple layers of stacks in semiconductors combine to form integrated circuits. The manufacture of such semiconductor devices continues to become more complex due to the requirement for devices with higher operating speeds, lower leakage currents and lower power consumption.
三次元メモリアーキテクチャ(例えば、3D-NAND)及び三次元積層メモリセル又はアレイの出現によって、広い横寸法を有する基板のCMP研磨が必要になった。そのような基板は、平坦化される必要があるフィーチャ間の、例えば、1~50mmの横寸法のフィーチャ又はダイスケール平坦化を必要とする。特に、少なくとも1つの1~5mm幅の低領域を有する3D NANDメモリ基板は、CMP研磨にとって新たな幾何形状を生み出した。そのような幾何形状には、フィーチャスケール平坦化を必要とする大幅により厚い酸化膜(>1μm)及びより広い横方向のフィーチャ(1~10mm)が含まれる。厚い酸化膜は、並外れて高い除去速度要件を課し、大きいフィーチャは、以前のCMP基板よりも数桁長い横方向の長さを平坦化できる新しいクラスのCMPポリッシングパッド材料を必要とする。 The advent of three-dimensional memory architectures (eg, 3D-NAND) and three-dimensional stacked memory cells or arrays has necessitated CMP polishing of substrates with wide lateral dimensions. Such substrates require feature or die scale planarization with lateral dimensions, eg, 1-50 mm, between features that need to be planarized. In particular, 3D NAND memory substrates with at least one 1-5 mm wide low region have created new geometries for CMP polishing. Such geometries include significantly thicker oxides (>1 μm) and wider lateral features (1-10 mm) that require feature-scale planarization. Thick oxides impose exceptionally high removal rate requirements, and large features require new classes of CMP polishing pad materials that can planarize lateral lengths orders of magnitude greater than previous CMP substrates.
Yeh et al.によるU.S.Pat.Publication No.2015/0059254 A1には、ポリプロピレングリコール及びトルエンジイソシアナート並びに硬化剤としての4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)由来のポリウレタンプレポリマーのポリウレタン反応生成物を含むポリウレタンポリッシングパッドが開示されている。得られるCMPポリッシングパッドは、金属含有基板の研磨の改善を可能にするが、少なくとも1μm厚の酸化膜及び1~5mm幅の少なくとも1つの低領域を有する三次元半導体基板又はメモリ基板を効果的に研磨するのに必要な除去速度を実現しない。 U.S. Pat. Publication No. 2015/0059254 A1 by Yeh et al. describes polypropylene glycol and toluene diisocyanate and 4,4′-methylenebis(3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA) as a curing agent. A polyurethane polishing pad is disclosed comprising a polyurethane reaction product of a polyurethane prepolymer derived from ). The resulting CMP polishing pad allows for improved polishing of metal-containing substrates, but effectively does not remove three-dimensional semiconductor or memory substrates having an oxide layer at least 1 μm thick and at least one low region 1-5 mm wide. Does not achieve the removal rate required for polishing.
本発明者らは、不揮発性フラッシュメモリ(3D NAND)基板などの三次元半導体基板又はメモリ基板を研磨するために必要な除去速度及びワイドスケール平坦化を実現する効果的なケミカルメカニカルポリッシング(CMP研磨)パッドを提供するという課題の解決を目指した。 The inventors have discovered an effective chemical mechanical polish (CMP polish) that achieves the removal rates and wide-scale planarization needed to polish three-dimensional semiconductor or memory substrates, such as non-volatile flash memory (3D NAND) substrates. ) aimed at solving the problem of providing pads.
発明の記述
1.本発明において、三次元メモリ及び半導体基板のうちの少なくとも1つより選ばれる基板を研磨するための低減衰成分を有するケミカルメカニカル(CMP)ポリッシングパッドは、4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)、又はMCDEA対4,4’-メチレン-ビス-o-(2-クロロアニリン)(MbOCA)の重量比3:7~1:0若しくは、好ましくは、4:6~1:0のMCDEA及びMbOCAの混合物の硬化剤と、ポリイソシアナートプレポリマーの8.6~11重量%、若しくは、好ましくは、8.6~10.3重量%の未反応のイソシアナート(NCO)濃度を有し、メチレンジフェニルジイソシアナート(MDI);トルエンジイソシアナート(TDI);ナフタレンジイソシアナート(NDI);パラフェニレンジイソシアナート(PPDI);あるいはo-トルイジンジイソシアナート(TODI);カルボジイミド修飾ジフェニルメタンジイソシアナート、アロファネート修飾ジフェニルメタンジイソシアナート、ビウレット修飾ジフェニルメタンジイソシアナートなどの修飾ジフェニルメタンジイソシアナート;あるいはMDI、好ましくは、トルエンジイソシアナート(TDI)若しくはTDI及び芳香族ジイソシアナートの全重量に基づいて最大20重量%のMDIの混合物のイソシアヌラートなどの、ジイソシアナート由来の芳香族イソシアヌラート;あるいは1つ若しくは2つの芳香族ジイソシアナート、好ましくは、TDI、又は芳香族ジイソシアナート及び任意の脂環式ジイソシアナートの全重量に基づいて最大67重量%、若しくは好ましくは、64.5重量%以下の4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)(H12-MDI)などの脂環式ジイソシアナートと混合された、TDI及び芳香族ジイソシアナートの全重量に基づいて最大20重量%のMDIより選ばれるものなどの1つ又は2つの芳香族ジイソシアナート;並びに反応物としてのポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)のポリオール、又はPTMEG及びPPGのポリオールブレンドより生成されたポリイソシアナートプレポリマーとを含む熱硬化性反応混合物のポリウレタン反応生成物である基板を研磨するために適合された研磨層を含み、研磨層内のポリウレタン反応生成物は、ASTM D2240-15(2015)によるショアD硬さ(2秒)50~90、又は、好ましくは60~90又は70~80を有し、さらに研磨層内のポリウレタン反応生成物は、65℃での剪断貯蔵弾性率(G’)70~500MPa、又は、好ましくは125~500MPa、又は、好ましくは、最大260MPaを有する。
Description of the invention 1 . In the present invention, a chemical mechanical (CMP) polishing pad having a low attenuation component for polishing a substrate selected from at least one of a three-dimensional memory and a semiconductor substrate comprises 4,4′-methylenebis(3-chloro- 2,6-diethylaniline) (MCDEA) or MCDEA to 4,4′-methylene-bis-o-(2-chloroaniline) (MbOCA) weight ratio of 3:7 to 1:0 or preferably 4 : 6-1:0 mixture of MCDEA and MbOCA curing agent and 8.6-11% by weight of the polyisocyanate prepolymer, or preferably 8.6-10.3% by weight of unreacted isocyanate. toluene diisocyanate (TDI); naphthalene diisocyanate (NDI); paraphenylene diisocyanate (PPDI); or o-toluidine diisocyanate (TODI); modified diphenylmethane diisocyanates such as carbodiimide-modified diphenylmethane diisocyanate, allophanate-modified diphenylmethane diisocyanate, biuret-modified diphenylmethane diisocyanate; or MDI, preferably toluene diisocyanate (TDI) or TDI and aromatic Aromatic isocyanurates derived from diisocyanates, such as isocyanurates of mixtures of up to 20% by weight of MDI, based on the total weight of diisocyanates; or one or two aromatic diisocyanates, preferably Up to 67% by weight, or preferably up to 64.5% by weight of 4,4'-methylenebis(cyclohexylisocyanate), based on total weight of TDI or aromatic diisocyanate and optionally cycloaliphatic diisocyanate One or two aromatics, such as those selected from up to 20% by weight of MDI, based on the total weight of TDI and aromatic diisocyanates, mixed with cycloaliphatic diisocyanates such as (H 12 -MDI) and a polytetramethylene ether glycol (PTMEG), polypropylene glycol (PPG) polyol, or a polyisocyanate prepolymer made from a polyol blend of PTMEG and PPG as reactants. a polishing layer adapted for polishing a substrate that is a mixture of polyurethane reaction products, the polyurethane reaction product in the polishing layer comprising A Shore D hardness (2 sec) according to STM D2240-15 (2015) of 50 to 90, or preferably 60 to 90 or 70 to 80; It has a shear storage modulus (G') of 70 to 500 MPa, or preferably 125 to 500 MPa, or preferably up to 260 MPa.
2.上記項目1に記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、反応混合物中のアミン(NH2)基の全モル数及びヒドロキシル(OH)基の全モル数の合計対反応混合物中の未反応のイソシアナート(NCO)基の全モル数の化学量論比が、0.85:1~1.20:1、又は、好ましくは、1.00:1~1.10:1の範囲である。 2. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention according to item 1 above, the sum of the total number of moles of amine (NH 2 ) groups and the total number of moles of hydroxyl (OH) groups in the reaction mixture versus unreacted isocyanate in the reaction mixture The stoichiometric ratio of total moles of nato (NCO) groups ranges from 0.85:1 to 1.20:1, or preferably from 1.00:1 to 1.10:1.
3.上記項目1又は2に記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、ポリイソシアナートプレポリマーを生成するために使用されるポリオールが、(i)PTMEG、(ii)PPG又は(iii)1:0~1:4、若しくは、例えば、12:1~1:1のPTMEG対PPGの比のPTMEG及びPPGのポリオールブレンドより選ばれる。 3. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention according to item 1 or 2 above, the polyol used to produce the polyisocyanate prepolymer is (i) PTMEG, (ii) PPG or (iii) 1:0 to 1:4 or a polyol blend of PTMEG and PPG in a ratio of PTMEG to PPG of, for example, 12:1 to 1:1.
4.上記項目1、2、又は3のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、ポリオール又はポリオールブレンド中のPTMEGの重量平均分子量(GPC)が、800~1600、若しくは、好ましくは、1100~1500の範囲である。 4. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention according to any one of items 1, 2 or 3 above, the weight average molecular weight (GPC) of PTMEG in the polyol or polyol blend is 800 to 1600, or preferably 1100. ~1500.
5.上記項目1、2、3又は4のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、CMPポリッシングパッドの研磨層が、閉じ込められた気泡、ポリマーマイクロスフェアなどの中空コアポリマー材料、流体充填ポリマーマイクロスフェアなどの液体充填中空コアポリマー材料、及び窒化ホウ素などのフィラー、好ましくは、膨張した流体充填ポリマーマイクロスフェアより選ばれるマイクロエレメントをさらに含む。 5. The chemical mechanical polishing pad of any one of the above items 1, 2, 3 or 4, wherein the polishing layer of the CMP polishing pad comprises entrapped air bubbles, hollow core polymeric materials such as polymeric microspheres, fluid-filled Further comprising microelements selected from liquid-filled hollow core polymeric materials such as polymeric microspheres and fillers such as boron nitride, preferably expanded, fluid-filled polymeric microspheres.
6.上記項目5に記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、マイクロエレメントの量が、反応混合物の全重量に基づいて0.4~2.5重量%又は、より好ましくは、0.75~2.0重量%の1つ以上のマイクロエレメントの範囲である。 6. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention as described in item 5 above, the amount of microelements is 0.4-2.5% by weight based on the total weight of the reaction mixture, or more preferably 0.75-2. One or more microelements range from 0% by weight.
7.上記項目5又は6のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、ポリッシングパッド又は研磨層が、0.55~1.17g/cm3又は、好ましくは、0.70~1.08g/cm3の密度を有する。 7. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention according to any one of items 5 or 6 above, the polishing pad or polishing layer has a / cm 3 density.
8.上記項目5、6又は7のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、ポリッシングパッド又は研磨層が、0.01~53%又は、好ましくは、8~40%の多孔度を有する。 8. The chemical mechanical polishing pad of the present invention according to any one of items 5, 6 or 7 above, wherein the polishing pad or polishing layer has a porosity of 0.01 to 53% or preferably 8 to 40%. .
9.上記項目1、2、3、4、5、6、7又は8のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、研磨層が、熱硬化性反応混合物の全重量に基づいて45~70%、又は好ましくは、50~70%のハードセグメントを有するポリウレタン反応生成物を含む。 9. 9. The chemical mechanical polishing pad of the present invention according to any one of items 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 above, wherein the polishing layer comprises from 45 to 45, based on the total weight of the thermosetting reaction mixture. It comprises a polyurethane reaction product with 70%, or preferably 50-70% hard segment.
10.上記項目1、2、3、4、5、6、7、8又は9のいずれか一項記載の本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて、研磨層が、0.06~0.13又は、好ましくは、0.068~0.118の50℃での減衰成分(剪断動的機械分析(DMA)、ASTM D5279-08(2008)によって測定されるG’’/G’)を有する。 10. In the chemical mechanical polishing pad of the present invention according to any one of items 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 or 9 above, the polishing layer has a thickness of 0.06 to 0.13 or preferably , 0.068-0.118 with a damping component (G''/G' measured by shear dynamic mechanical analysis (DMA), ASTM D5279-08 (2008)) at 50°C.
11.別の態様において、本発明は、磁性基板、光学基板及び半導体基板のうちの少なくとも1つより選択される基板を提供すること;上記項目1~10のいずれか一項記載のケミカルメカニカル(CMP)ポリッシングパッドを提供すること;砥粒研磨媒体を提供すること;CMPポリッシングパッドの研磨層の研磨表面、砥粒研磨媒体及び基板の間の動的接触を起こし、103~550hPa(1.5~8psi)のダウンフォースで基板の表面を研磨すること;並びに、ポリッシングパッドの研磨表面を砥粒コンディショナーでコンディショニングすることを含む、基板を研磨する方法を提供する。 11. In another aspect, the present invention provides a substrate selected from at least one of a magnetic substrate, an optical substrate and a semiconductor substrate; providing a polishing pad; providing an abrasive polishing medium; causing dynamic contact between the polishing surface of the polishing layer of the CMP polishing pad, the abrasive polishing medium, and the substrate at a pressure of 103-550 hPa (1.5-8 psi); ) downforce; and conditioning the polishing surface of the polishing pad with an abrasive conditioner.
12.上記項目11に記載の本発明の方法において、基板が、例えば、3D NANDメモリなどの三次元半導体又はメモリ基板を含む。 12. In the method of the present invention according to item 11 above, the substrate comprises a three-dimensional semiconductor or memory substrate, for example a 3D NAND memory.
13.上記項目12に記載の本発明の方法において、三次元半導体又はメモリ基板が、少なくとも1μm厚又は、好ましくは、1~7μm厚又は、より好ましくは、1~4μm厚の酸化膜を含み、1~5mm幅の少なくとも1つの低領域を有する。 13. In the method of the present invention according to item 12 above, the three-dimensional semiconductor or memory substrate comprises an oxide film at least 1 μm thick, or preferably 1 to 7 μm thick, or more preferably 1 to 4 μm thick, and It has at least one low region that is 5 mm wide.
14.上記項目12又は13のいずれか一項記載の本発明の方法において、動的接触を起こすことによって、除去速度が少なくとも8000Å/分又は、好ましくは、少なくとも10,000Å/分になる。 14. In the method of any one of items 12 or 13 above, dynamic contacting results in a removal rate of at least 8000 Å/min or preferably at least 10,000 Å/min.
15.上記項目12、13又は14のいずれか一項記載の本発明の方法において、動的接触を起こすことが、0.5~7重量%の全砥粒固形分を有するセリアなどの砥粒研磨媒体を提供すること、及び103~550hPa(1.5~8psi)、又は、好ましくは、206~483hPa(3~7psi)のダウンフォースで砥粒研磨媒体で研磨することを含む。 15. 15. The method of any one of items 12, 13 or 14 above, wherein the dynamic contacting comprises an abrasive polishing medium, such as ceria, having a total abrasive solids content of 0.5 to 7 weight percent. and polishing with an abrasive polishing medium at a downforce of 103-550 hPa (1.5-8 psi), or preferably 206-483 hPa (3-7 psi).
16.上記項目15に記載の本発明の方法において、動的接触を起こすことが、0.5~1.999重量%又は、好ましくは、0.5~1.5重量%の砥粒含有量の砥粒研磨媒体を提供すること、及び206~550hPa(3~8psi)、又は、好ましくは、275~483hPa(4~7psi)のダウンフォースで研磨することを含む。 16. In the method of the present invention according to item 15 above, the dynamic contact is caused by abrasive with an abrasive grain content of 0.5 to 1.999% by weight, or preferably 0.5 to 1.5% by weight. Providing a grain abrasive media and abrading with a down force of 206-550 hPa (3-8 psi), or preferably 275-483 hPa (4-7 psi).
17.上記項目15に記載の本発明の方法において、動的接触を起こすことが、2~6重量%又は、好ましくは、2.5~5.5重量%の砥粒含有量の砥粒研磨媒体を提供すること、及び103~344hPa(1.5~5psi)又は、好ましくは、137~344hPa(2~5psi)のダウンフォース(DF)で研磨することを含む。 17. 15. In the method of the present invention according to item 15 above, the dynamic contacting comprises an abrasive polishing medium having an abrasive content of 2 to 6 wt %, or preferably 2.5 to 5.5 wt %. providing and polishing with a Down Force (DF) of 103-344 hPa (1.5-5 psi) or preferably 137-344 hPa (2-5 psi).
特に記載のない限り、温度及び圧力の条件は、周囲温度又は室温及び標準圧力である。記載されるすべての範囲が包括的かつ組み合わせ可能である。 Unless otherwise specified, temperature and pressure conditions are ambient or room temperature and standard pressure. All ranges recited are inclusive and combinable.
特に記載のない限り、括弧を含有するいずれの用語も、代替的に、括弧が存在しない場合と同様に用語全体及び括弧のない用語、並びに各選択肢の組み合わせを指す。したがって、用語「(ポリ)イソシアナート」は、イソシアナート、ポリイソシアナート、又はこれらの混合物を指す。 Unless otherwise stated, any term containing brackets alternatively refers to the entire term and the unbracketed term as if the brackets were absent, and to each alternative combination. The term "(poly)isocyanate" therefore refers to isocyanates, polyisocyanates, or mixtures thereof.
すべての範囲が包括的かつ組み合わせ可能である。例えば、用語「50~3000cPs、又は100cPs以上の範囲」は、50~100cPs、50~3000cPs及び100~3000cPsのそれぞれを含むであろう。 All ranges are inclusive and combinable. For example, the term "range of 50-3000 cPs, or 100 cPs or greater" would include 50-100 cPs, 50-3000 cPs and 100-3000 cPs, respectively.
本明細書において用いられるとき、用語「ASTM」は、ASTM International(West Conshohocken, PA)の刊行物を指す。 As used herein, the term "ASTM" refers to a publication of ASTM International (West Conshohocken, PA).
本明細書において用いられるとき、用語G’、G’’、及びG’’/G’(これはtanδに相当する。)は、それぞれ、剪断貯蔵弾性率、剪断損失弾性率、及び剪断貯蔵弾性率に対する剪断損失弾性率の比を指す。試験片は幅6.5mm及び長さ36mmで切断された。ARES(商標)G2ねじりレオメータ又はRheometric Scientific(商標)RDA3(いずれもTA Instruments(New Castle, DE)製)が、ASTM D5279-13(2013)、“Standard Test Method for Plastics:Dynamic Mechanical Properties:In Torsion”に従って使用された。ギャップ長は20mmであった。装置の分析パラメータは、予荷重100g、ひずみ0.2%、振動速度10rad/sec、及び温度勾配速度3℃/min(-100℃~150℃)に設定された。 As used herein, the terms G′, G″, and G″/G′ (which corresponds to tan δ) are shear storage modulus, shear loss modulus, and shear storage modulus, respectively. Refers to the ratio of shear loss modulus to modulus. Specimens were cut with a width of 6.5 mm and a length of 36 mm. ARES™ G2 torsional rheometer or Rheometric Scientific™ RDA3 (both from TA Instruments, New Castle, Del.) are tested using ASTM D5279-13 (2013), "Standard Test Method for Plastics: Dynamic Mechanical Properties: In Torsion ” was used according to The gap length was 20 mm. The analytical parameters of the instrument were set at a preload of 100 g, strain of 0.2%, vibration rate of 10 rad/sec, and temperature ramp rate of 3° C./min (−100° C. to 150° C.).
本明細書において用いられるとき、用語「分子量」又は「GPC」は、特に記載のない限り、ポリエーテルポリオール又はポリグリコール(例えば、PEG)標準に対する分析物ポリオール(GPC)のゲル浸透クロマトグラフィーによって測定される結果を意味する。 As used herein, the term "molecular weight" or "GPC" is measured by gel permeation chromatography of the analyte polyol (GPC) against polyether polyol or polyglycol (e.g., PEG) standards, unless otherwise specified. means the result of
本明細書において用いられるとき、熱硬化性反応混合物由来のポリウレタン反応生成物又は原料の「ハードセグメント」という用語は、任意のジオール、グリコール、ジグリコール、ジアミン、トリアミン又はポリアミン、ジイソシアナート、トリイソシアナート、あるいはこれらの反応生成物を含む示した反応混合物のその部分を指す。したがって、「ハードセグメント」は、ポリテトラメチレングリコール又はポリプロピレングリコールなど、3つ以上のエーテル基を有するポリエーテル又はポリグリコールを除く。 As used herein, the term "hard segment" of a polyurethane reaction product or raw material derived from a thermosetting reaction mixture includes any diol, glycol, diglycol, diamine, triamine or polyamine, diisocyanate, tri It refers to isocyanates, or that portion of the indicated reaction mixture containing these reaction products. Thus, "hard segment" excludes polyethers or polyglycols with 3 or more ether groups, such as polytetramethylene glycol or polypropylene glycol.
本明細書において用いられるとき、用語「PPG」は、ポリ(プロピレングリコール)、エチレンオキシド(EO)開始PPG及び(ジ)エチレングリコール伸長PPGのいずれかを指す。 As used herein, the term "PPG" refers to either poly(propylene glycol), ethylene oxide (EO) initiated PPG and (di)ethylene glycol extended PPG.
本明細書において用いられるとき、用語「ポリイソシアナート」は、ブロック化イソシアナート基を含む3つ以上のイソシアナート基を有する任意のイソシアナート基含有分子を意味する。 As used herein, the term "polyisocyanate" means any isocyanate group-containing molecule having three or more isocyanate groups, including blocked isocyanate groups.
本明細書において用いられるとき、用語「ポリイソシアナートプレポリマー」は、ジアミン、ジオール、トリオール、及びポリオールなど、2つ以上の活性水素基を含有する活性水素含有化合物との過剰なジイソシアナート又はポリイソシアナートの反応生成物である任意のイソシアナート基含有分子を意味する。 As used herein, the term "polyisocyanate prepolymer" refers to excess diisocyanate or It means any isocyanate group-containing molecule that is a reaction product of a polyisocyanate.
本明細書において用いられるとき、用語「ポリウレタン」は、二官能性又は多官能性イソシアナート由来の重合生成物、例えば、ポリエーテル尿素、ポリイソシアヌラート、ポリウレタン、ポリ尿素、ポリウレタン尿素、これらのコポリマー及びこれらの混合物を指す。 As used herein, the term "polyurethane" refers to polymerization products derived from difunctional or multifunctional isocyanates, such as polyether ureas, polyisocyanurates, polyurethanes, polyureas, polyurethane ureas, these It refers to copolymers and mixtures thereof.
本明細書において用いられるとき、用語「反応混合物」は、マイクロエレメントなどの任意の非反応性の添加剤、又は窒化ホウ素などの弾性率若しくは曲げ剛性を向上させる添加剤、又はポリ(メタクリル酸)若しくはその塩などのポリマー性ポリ酸を含む。 As used herein, the term "reactive mixture" refers to any non-reactive additive such as microelements or modulus or flexural stiffness enhancing additives such as boron nitride or poly(methacrylic acid) or polymeric polyacids such as salts thereof.
本明細書において用いられるとき、用語「SG」又は「比重」は、本発明によるポリッシングパッド又は層から切り出された長方形の重量/体積比を指す。 As used herein, the term "SG" or "specific gravity" refers to the weight/volume ratio of a rectangle cut from a polishing pad or layer according to the present invention.
本明細書において用いられるとき、用語「ショアD硬さ」は、ASTM D2240-15(2015)、“Standard Test Method for Rubber Property-Durometer Hardness”に従って測定される所与の材料の2秒硬さである。硬さは、Dプローブを備えたRex Hybrid硬さ試験機(Rex Gauge Company, Inc.(Buffalo Grove, IL))で測定された。6つのサンプルが積層され、硬さ測定毎にシャッフルされ、硬さ試験の再現性を改善するために、試験された各パッドは、ASTM D2240-15(2015)に概説された方法を試験及び使用する前に相対湿度50パーセント中に23℃で5日間置くことによってコンディショニングされた。本発明において、研磨層又はパッドのポリウレタン反応生成物のショアD硬さは、その反応生成物のショアD硬さを含む。 As used herein, the term “Shore D hardness” is the 2 second hardness of a given material measured according to ASTM D2240-15 (2015), “Standard Test Method for Rubber Property—Durometer Hardness.” be. Hardness was measured with a Rex Hybrid hardness tester (Rex Gauge Company, Inc., Buffalo Grove, Ill.) equipped with a D probe. Six samples were stacked and shuffled between hardness measurements, and each pad tested was tested and used the method outlined in ASTM D2240-15 (2015) to improve hardness test reproducibility. It was conditioned by placing it in 50 percent relative humidity at 23° C. for 5 days before washing. In the present invention, the Shore D hardness of the polyurethane reaction product of the polishing layer or pad includes the Shore D hardness of that reaction product.
本明細書において用いられるとき、用語「固体」は、本発明のポリウレタン反応生成物中に残る任意の材料を指す。したがって、固体は、硬化時に揮発しない反応性及び不揮発性の添加剤を含む。固体は、水、アンモニア及び揮発性溶媒を除く。 As used herein, the term "solids" refers to any material that remains in the polyurethane reaction product of the present invention. Solids therefore include reactive and non-volatile additives that do not volatilize upon curing. Solids exclude water, ammonia and volatile solvents.
本明細書において用いられるとき、用語「ステップ高さ」は、三次元半導体又はメモリ基板内で研磨されるフィーチャの高領域及び低領域の間の膜高さの最大差を指す。 As used herein, the term "step height" refers to the maximum film height difference between high and low regions of a feature to be polished within a three-dimensional semiconductor or memory substrate.
本明細書において用いられるとき、反応混合物の「化学量論」という用語は、反応混合物中の遊離NCO基に対する(遊離OH基+遊離NH2基)のモル当量比を指す。 As used herein, the term "stoichiometry" of a reaction mixture refers to the molar equivalent ratio of (free OH groups + free NH2 groups) to free NCO groups in the reaction mixture.
本明細書において用いられるとき、特に記載のない限り、「実質的に水を含まない」という用語は、所与の組成物に水が加えられていないこと、及び組成物に入る材料に水が加えられていないことを意味する。「実質的に水を含まない」反応混合物は、50~2000ppm又は、好ましくは、50~1000ppmの範囲内で原料中に存在する水を含み得、あるいは、縮合反応において生成される反応水、又は反応混合物が使用されている周囲の水分からの蒸気を含み得る。 As used herein, unless otherwise specified, the term "substantially water-free" means that no water has been added to a given composition and that the materials entering the composition do not contain water. means not added. A "substantially water-free" reaction mixture may contain water present in the feedstocks in the range of 50-2000 ppm, or preferably 50-1000 ppm, or the reaction water produced in the condensation reaction, or The reaction mixture may contain vapors from the ambient moisture in which it is used.
本明細書において用いられるとき、用語「使用条件」は、人が基板のCMP研磨を実施する、又は研磨が起こる温度及び圧力を意味する。 As used herein, the term "use conditions" means the temperature and pressure at which one performs CMP polishing of a substrate or at which polishing occurs.
本明細書において用いられるとき、特に記載のない限り、用語「粘度」は、ギャップ100μmの50mmパラレルプレートジオメトリーで振動剪断速度掃引0.1~100rad/secに設定されたレオメータを使用して測定される所与の温度でのニートの形態(100%)の所与の材料の粘度を指す。 As used herein, unless otherwise indicated, the term "viscosity" is measured using a rheometer set to an oscillatory shear rate sweep of 0.1-100 rad/sec on a 50 mm parallel plate geometry with a gap of 100 μm. refers to the viscosity of a given material in neat form (100%) at a given temperature.
本明細書において用いられるとき、特に記載のない限り、用語「数平均分子量」又は「Mn」及び「重量平均分子量」又は「Mw」は、アイソクラティックポンプ、オートサンプラー(注入量(50μl)、及び孔径50、100、500、次いで1000Åの順でポリスチレンジビニルベンゼン(PS/DVB)ゲルでそれぞれ充填された4本の一連のPL-Gel(商標)(7mm×30cm×5μm)カラムを備えたAgilent 1100 High Pressure Liquid Chromatogram(HPLC)(Agilent(Santa Clara, CA))を使用して、標準としてのポリエチレングリコール及びポリプロピレングリコールのポリオール混合物(THF中1.5重量%)から校正された標準に対して室温でゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって測定される値を意味する。ポリイソシアナートプレポリマーについては、イソシアナートサンプルのイソシアナート官能(N=C=O)基が、乾燥メタノール/THF溶液由来のメタノールを用いて非反応性のメチルカルバマートに変換された。 As used herein, unless otherwise specified, the terms "number average molecular weight" or "Mn" and "weight average molecular weight" or "Mw" are used for isocratic pumps, autosamplers (injection volume (50 μl), and a series of four PL-Gel™ (7 mm x 30 cm x 5 μm) columns each packed with polystyrene divinylbenzene (PS/DVB) gel in the order of 50, 100, 500 and then 1000 Å pore size. Against standards calibrated from polyol mixtures of polyethylene glycol and polypropylene glycol (1.5 wt% in THF) as standards using a 1100 High Pressure Liquid Chromatogram (HPLC) (Agilent (Santa Clara, Calif.)). Means values measured by gel permeation chromatography (GPC) at room temperature For polyisocyanate prepolymers, the isocyanate functional (N=C=O) groups of the isocyanate sample are from a dry methanol/THF solution. It was converted to the unreactive methyl carbamate using methanol.
本明細書において用いられるとき、特に記載のない限り、用語「重量%NCO」は、所与のポリイソシアナートプレポリマー組成物中の未反応のイソシアナート基又は遊離イソシアナート基の量を指す。 As used herein, unless otherwise specified, the term "wt % NCO" refers to the amount of unreacted or free isocyanate groups in a given polyisocyanate prepolymer composition.
本明細書において用いられるとき、用語「重量%」は重量パーセントを表す。 As used herein, the term "wt%" refers to percent by weight.
本発明によれば、ケミカルメカニカル(CMP)ポリッシングパッドは、4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)、又は4,4’-メチレン-ビス-o-(2-クロロアニリン)(MbOCA)と混合されたMCDEAの硬化剤と、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)ポリオール、ポリプロピレングリコール(PPG)、又はPTMEG及びPPGのポリオールブレンドより生成されたポリイソシアナートプレポリマーとの反応混合物の反応生成物を含む上部研磨表面を有する。本発明による研磨層は、G’として測定される有利な剪断貯蔵弾性率、及び関連する研磨温度状況における低減衰成分(すなわち、剪断動的機械分析(DMA)、ASTM D5279-08(2008)によって測定されるG’’/G’)(0.06~0.13)を保持する。本発明の未充填の研磨層材料もまた、高い(>400MPa)引張弾性率を有する。高い剪断貯蔵弾性率及び低い減衰係数は、不揮発性フラッシュメモリ(3D NAND)基板などの三次元半導体基板又はメモリ基板に必要な高い除去速度及び優れた長い長さスケール平坦化を実現するCMP研磨層を可能にする。長い長さスケール平坦化において、本発明のCMP研磨層は、幅が1~5mmなど1mm以上の少なくとも1つの低領域を有する三次元半導体基板又はメモリ基板を研磨する。 According to the present invention, the chemical mechanical (CMP) polishing pad comprises 4,4'-methylenebis(3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA) or 4,4'-methylene-bis-o-( 2-chloroaniline) (MbOCA) and a polyisocyanate prepolymer made from a polytetramethylene ether glycol (PTMEG) polyol, polypropylene glycol (PPG), or a polyol blend of PTMEG and PPG. has an upper polished surface containing the reaction product of the reaction mixture with Abrasive layers according to the present invention exhibit an advantageous shear storage modulus, measured as G′, and a low damping component in the relevant abrasive temperature regime (i.e., shear dynamic mechanical analysis (DMA), ASTM D5279-08 (2008) Hold the measured G''/G') (0.06-0.13). The unfilled polishing layer material of the present invention also has a high (>400 MPa) tensile modulus. High shear storage modulus and low damping coefficient CMP polishing layers to achieve high removal rates and excellent long length scale planarization required for three-dimensional semiconductor or memory substrates such as non-volatile flash memory (3D NAND) substrates enable In long length scale planarization, the CMP polishing layer of the present invention polishes a three-dimensional semiconductor or memory substrate having at least one low region of 1 mm or greater, such as 1-5 mm in width.
本発明のCMPポリッシングパッドのCMP研磨層は、関連する温度での大幅に高い弾性率、及び高い曲げ剛性を有する多孔性パッド材料である。これらの特性は、硬化剤として、あるいは本発明の熱硬化性反応混合物において使用される少なくとも30重量%、又は、好ましくは、少なくとも40重量%のジアミン硬化剤混合物として4,4’-メチレン-ビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)を使用することによって実現される。硬化剤混合物へのMCDEAの添加は、弾性率(剪断貯蔵弾性率)を向上させ、かつ使用条件において十分なtanδ(減衰成分)を保持することによって長い長さ平坦化を改善する。所与の多孔度については、CMP研磨層は、弾性率の向上に伴って改善された曲げ剛性を示し、これは、より長い長さスケール(>3mm)での改善された平坦化能力に寄与する。さらに、関連する基板表面研磨温度でのより高い弾性率は、典型的には、より高い除去速度(RR)に対応する。曲げ剛性と比べたとき、より高いtanδ又は減衰成分もまた平坦化を改善し得るが、より短い長さスケール(<1mm)において程度がより大きい。中間の状況(1~5mm)では、両方のパラメータが平坦化能力に寄与し、かつ、より短い長さスケールの状況でtanδがより小さくなり得る可能性がある。CMP研磨温度又は状況が所与の材料特性の測定の温度と重ならない可能性があるが、その理由は、測定されるプラテン温度が、研磨層内で上下する温度を正確に反映しない可能性があり、さらに、研磨層材料は、研磨操作中、可変のひずみ速度にさらされるためである。 The CMP polishing layer of the CMP polishing pad of the present invention is a porous pad material that has a significantly higher modulus of elasticity and high bending stiffness at relevant temperatures. These properties are attributed to 4,4'-methylene-bis as a curing agent or as a diamine curing agent mixture of at least 30% by weight, or preferably at least 40% by weight, used in the thermosetting reaction mixture of the present invention. Realized by using (3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA). The addition of MCDEA to the curative mixture increases the elastic modulus (shear storage modulus) and improves long length flattening by retaining sufficient tan δ (damping component) at service conditions. For a given porosity, the CMP polished layer exhibits improved bending stiffness with increased modulus, which contributes to improved planarization capabilities at longer length scales (>3 mm). do. In addition, a higher modulus at the relevant substrate surface polishing temperature typically corresponds to a higher removal rate (RR). A higher tan δ or damping component can also improve flattening when compared to bending stiffness, but to a greater extent at shorter length scales (<1 mm). It is possible that in intermediate situations (1-5 mm) both parameters contribute to the planarization ability and that tan δ can be smaller in the shorter length scale situations. The CMP polishing temperature or conditions may not overlap with the temperature of a given material property measurement, because the measured platen temperature may not accurately reflect the temperature fluctuations within the polishing layer. Yes, and also because the polishing layer material is subjected to variable strain rates during the polishing operation.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドは、多孔性ポリウレタン又は均質なポリウレタン中のマイクロエレメントの均質な分散物である研磨層を含む。均質性は、特に単一の鋳込みを使用して複数のポリッシングパッドを製造する場合に、一貫したポリッシングパッド性能の実現に重要である。したがって、本発明の反応混合物は、得られるパッドの形態が安定しており、容易に再現可能なように選ばれる。例えば、多くの場合、一貫した製造のために、酸化防止剤などの添加剤、及び水などの不純物を制御することが重要である。水はイソシアナートと反応して、気体の二酸化炭素と、一般的にウレタンに比べて弱い反応生成物とを生成するため、水の濃度は、ポリマーマトリックス内に細孔を形成する二酸化炭素の気泡の濃度並びにポリウレタン反応生成物の全体の一貫性に影響し得る。外来の水とのイソシアナートの反応はまた、鎖延長剤との反応に利用できるイソシアナートを減少させ、したがって、架橋レベル(過剰なイソシアナート基が存在する場合。)と共に化学量論を変化させ、得られるポリマー分子量を低下させる傾向がある。 The chemical mechanical polishing pad of the present invention comprises a polishing layer that is a homogeneous dispersion of microelements in porous polyurethane or homogeneous polyurethane. Homogeneity is important to achieving consistent polishing pad performance, especially when manufacturing multiple polishing pads using a single casting. Therefore, the reaction mixture of the present invention is chosen such that the resulting pad morphology is stable and easily reproducible. For example, it is often important to control additives such as antioxidants and impurities such as water for consistent manufacturing. Since water reacts with isocyanates to form gaseous carbon dioxide and generally weaker reaction products compared to urethanes, the concentration of water reduces the carbon dioxide bubbles that form pores within the polymer matrix. concentration as well as the overall consistency of the polyurethane reaction product. Reaction of the isocyanate with extraneous water also reduces the isocyanate available for reaction with the chain extender, thus altering the stoichiometry along with the level of crosslinking (if excess isocyanate groups are present). , tends to lower the resulting polymer molecular weight.
本発明のCMP研磨層の多孔度は、0~53%又は、好ましくは、8~40%、例えば、12~25%の範囲であり得る。研磨層は、より高い多孔度では、さらに容易にコンディショニングされるが、より低い多孔度では、より良い剛性及び長い長さスケール平坦化を与える。 The porosity of the CMP polishing layer of the present invention can range from 0-53%, or preferably 8-40%, such as 12-25%. The polishing layer is more easily conditioned at higher porosity, but provides better stiffness and long length scale planarization at lower porosity.
均質性及び良好な型成形結果を保証し、鋳型に完全に充填するために、本発明の反応混合物は十分に分散されるべきである。 To ensure homogeneity and good molding results, and to completely fill the mold, the reaction mixture of the invention should be well dispersed.
本発明によれば、反応混合物は、一方で、芳香族ジイソシアナート、例えば、トルエンジイソシアナート、及びポリオール成分から調製されるポリイソシアナートプレポリマーを少なくとも含み、他方で、4,4’-メチレンビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)(MCDEA)、又はMCDEA及び4,4’-メチレン-ビス-o-(2-クロロアニリン)(MbOCA)を含む。 According to the invention, the reaction mixture comprises on the one hand at least an aromatic diisocyanate, for example toluenediisocyanate, and a polyisocyanate prepolymer prepared from a polyol component, and on the other hand a 4,4′- methylenebis(3-chloro-2,6-diethylaniline) (MCDEA), or MCDEA and 4,4'-methylene-bis-o-(2-chloroaniline) (MbOCA).
ポリウレタンポリマー材料又は反応生成物は、好ましくは、一方で、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、又はPPGとブレンドされたPTMEGのポリオール及び硬化剤との、トルエンジイソシアナート(TDI)などの芳香族ジイソシアナートのポリイソシアナートプレポリマー反応生成物より生成される。 The polyurethane polymer material or reaction product is preferably, on the one hand, polytetramethylene ether glycol (PTMEG), polypropylene glycol (PPG), or polyols of PTMEG blended with PPG and toluene diisocyanate ( TDI) from polyisocyanate prepolymer reaction products of aromatic diisocyanates.
芳香族ジイソシアナート又は芳香族及び脂環式ジイソシアナートは、最終ポリマーマトリックスを生成する前に、ポリオールブレンドと部分的に反応してポリイソシアナートプレポリマーを生成する。 Aromatic diisocyanates or aromatic and cycloaliphatic diisocyanates are partially reacted with the polyol blend to form a polyisocyanate prepolymer before forming the final polymer matrix.
ポリイソシアナートプレポリマーはさらに、メチレンジフェニルジイソシアナート(MDI)、又はジオール若しくはポリエーテル伸長MDIと組み合わせられ得、あるいはさらに、芳香族ジイソシアナート、ポリオール及びMDI又は伸長MDIの反応生成物であり得、MDIは、ポリイソシアナートプレポリマーの調製に使用される芳香族ジイソシアナートの全重量に基づいて0.05~20重量%、又は、例えば、最大15重量%又は、例えば、0.1~12重量%の量で存在する。 Polyisocyanate prepolymers may further be combined with methylene diphenyl diisocyanate (MDI), or diol or polyether extended MDI, or additionally reaction products of aromatic diisocyanates, polyols and MDI or extended MDI. The MDI is from 0.05 to 20% by weight, or such as up to 15% by weight, or such as, for example, 0.1%, based on the total weight of the aromatic diisocyanate used to prepare the polyisocyanate prepolymer. It is present in an amount of ˜12% by weight.
ポリイソシアナートプレポリマーはさらに、メチレンビス-シクロヘキシルジイソシアナート(H12MDI)、又はジオール若しくはポリエーテル伸長H12-MDIと組み合わせられ得、あるいはさらに、芳香族ジイソシアナート、ポリオール及びH12-MDI又は伸長H12-MDIの生成物であり得、H12-MDIは、ポリイソシアナートプレポリマーの調製に使用される芳香族及び脂環式ジイソシアナートの全重量に基づいて0.05~60重量%、又は、例えば、最大53重量%又は、例えば、0.1~53重量%の量で存在する。この組み合わせはまた、ポリイソシアナートプレポリマーの調製に使用される芳香族ジイソシアナートの全重量に基づいて0.05~20重量%、又は、例えば、最大15重量%又は、例えば、0.1~12重量%のMDIと組み合わせられ得、あるいは反応し得る。 Polyisocyanate prepolymers may further be combined with methylene bis-cyclohexyl diisocyanate (H 12 MDI), or diol or polyether extended H 12 -MDI, or additionally aromatic diisocyanates, polyols and H 12 -MDI or the product of extended H 12 -MDI, where H 12 -MDI is from 0.05 to 60, based on the total weight of aromatic and cycloaliphatic diisocyanates used to prepare the polyisocyanate prepolymer. %, or such as up to 53% by weight, or such as from 0.1 to 53% by weight. The combination may also be from 0.05 to 20% by weight, or such as up to 15% by weight, or such as by 0.1%, based on the total weight of the aromatic diisocyanates used to prepare the polyisocyanate prepolymer. May be combined or reacted with ~12 wt% MDI.
明確にするために、ジオール若しくはポリエーテル伸長MDI又はH12-MDIの場合、MDI又はH12-MDIの重量は、伸長MDI又はH12-MDI中のMDI又はH12-MDI自体の重量分と見なされる。 For clarity, in the case of diol or polyether extended MDI or H 12 -MDI, the weight of MDI or H 12 -MDI refers to the weight of MDI or H 12 -MDI itself in the extended MDI or H 12 -MDI. considered.
本明細書では、特に具体的に記載のない限り、配合物は重量%で表される。 In this specification, formulations are expressed in weight percent unless otherwise specified.
本発明のポリイソシアナートプレポリマーは、芳香族ジイソシアナートと、プレポリマーの調製に使用される反応物の全重量に基づいて合計で30~66重量%又は、好ましくは、45~62重量%未満など、43~62重量%のポリオールブレンド(PPG及びPTMEG)とを含有する混合物の反応生成物である。反応混合物の残りの部分は硬化剤を含む。 The polyisocyanate prepolymer of the present invention has a total of 30 to 66 weight percent, or preferably 45 to 62 weight percent, based on the total weight of the aromatic diisocyanate and the reactants used to prepare the prepolymer. 43-62% by weight of the polyol blend (PPG and PTMEG), such as less than the reaction product of the mixture. The remaining portion of the reaction mixture contains the curing agent.
本発明の研磨層は、ポリイソシアナートプレポリマー及び硬化剤の反応混合物より形成され、硬化剤の量は、反応混合物の全重量に基づいて23~33重量%、又は、好ましくは、24~30重量%の範囲である。 The polishing layer of the present invention is formed from a reaction mixture of a polyisocyanate prepolymer and a curing agent, the amount of curing agent being 23-33% by weight, or preferably 24-30%, based on the total weight of the reaction mixture. % range by weight.
適したポリイソシアナートプレポリマーは、好ましくは、16~46重量%、又は、好ましくは、20超~45重量%の量の、すなわち、部分的に反応したモノマーとしてのトルエンジイソシアナート(TDI)の混合物より生成される。本明細書では、TDIモノマー又は部分的に反応したモノマーは、ポリウレタンを硬化する前の重量%TDIモノマー又はプレポリマー内へと反応したTDIモノマーを表し、部分的に反応したモノマーを生成する他の反応物を含まない。場合により、混合物のTDI部分はまた、脂肪族イソシアナートを幾分含有し得る。好ましくは、ジイソシアナート成分は、15重量%未満の脂肪族イソシアナート、より好ましくは、12重量%未満の脂肪族イソシアナートを含有する。好ましくは、混合物は、不純物レベルの脂肪族イソシアナートのみを含有する。明確にするために、脂環式ジイソシアナートは脂肪族イソシアナートと見なされない。 A suitable polyisocyanate prepolymer preferably contains toluene diisocyanate (TDI) as partially reacted monomer, preferably in an amount of 16 to 46% by weight, or preferably greater than 20 to 45% by weight. is produced from a mixture of As used herein, TDI monomer or partially reacted monomer refers to the weight percent TDI monomer prior to curing the polyurethane or TDI monomer that has reacted into the prepolymer, and other Contains no reactants. Optionally, the TDI portion of the mixture may also contain some aliphatic isocyanates. Preferably, the diisocyanate component contains less than 15 wt% aliphatic isocyanates, more preferably less than 12 wt% aliphatic isocyanates. Preferably, the mixture contains only impurity levels of aliphatic isocyanates. For clarity, cycloaliphatic diisocyanates are not considered aliphatic isocyanates.
入手できるポリオールを含有するPTMEGの例は以下の通りである:Terathane(商標)2900、2000、1800、1400、1000、650及び250(Invista(Wichita, KS)製);Polymeg(商標)2900、2000、1000、650(Lyondell Chemicals(Limerick, PA)製);PolyTHF(商標)650、1000、2000(BASF Corporation(Florham Park, NJ)製)。入手できるポリオールを含有するPPGの例は以下の通りである:Arcol(商標)PPG-425、725、1000、1025、2000、2025、3025及び4000(Covestro(Pittsburgh, PA)製);Voranol(商標)1010L、2000L、及びP400(Dow(Midland, MI)製);Desmophen(商標)1110BD又はAcclaim(商標)Polyol 12200、8200、6300、4200、2200(それぞれCovestro製)。 Examples of available PTMEG containing polyols are: Terathane™ 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 and 250 (from Invista, Wichita, Kans.); Polymeg™ 2900, 2000 , 1000, 650 from Lyondell Chemicals, Limerick, PA; PolyTHF™ 650, 1000, 2000 from BASF Corporation, Florham Park, NJ. Examples of available PPG containing polyols are: Arcol™ PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 and 4000 from Covestro (Pittsburgh, PA); ) 1010L, 2000L, and P400 (from Dow, Midland, Mich.); Desmophen™ 1110BD or Acclaim™ Polyol 12200, 8200, 6300, 4200, 2200 (each from Covestro).
市販のPPG含有イソシアナート末端ウレタンプレポリマーの例には、Adiprene(商標)プレポリマー(Chemtura)(LFG 963A、LFG 964A、LFG 740Dなど);Andur(商標)プレポリマー(Anderson Development Company(Adrian, MI))(7000 AP、8000 AP、6500 DP、9500 APLF、7501、又はDPLFなど)が含まれる。適したPPGベースのプレポリマーの例には、Adiprene(商標)プレポリマーLFG740D及びLFG963Aが含まれる。 Examples of commercially available PPG-containing isocyanate-terminated urethane prepolymers include Adiprene™ prepolymers (Chemtura) (LFG 963A, LFG 964A, LFG 740D, etc.); )) (such as 7000 AP, 8000 AP, 6500 DP, 9500 APLF, 7501, or DPLF). Examples of suitable PPG-based prepolymers include Adiprene™ prepolymers LFG740D and LFG963A.
ジイソシアナート又はポリイソシアナートとのポリオールの反応性を高めてポリイソシアナートプレポリマーを調製するために触媒が使用され得る。適した触媒には、例えば、オレイン酸、アゼライン酸、ジブチルスズジラウラート、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)、Dabco TMRなどの三級アミン触媒、及び上の混合物が含まれる。 Catalysts can be used to enhance the reactivity of polyols with diisocyanates or polyisocyanates to prepare polyisocyanate prepolymers. Suitable catalysts include, for example, oleic acid, azelaic acid, dibutyltin dilaurate, 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene (DBU), tertiary amine catalysts such as Dabco TMR, and Including mixtures of the above.
本発明の適したポリイソシアナートプレポリマーは、ニートの形態で110℃で10,000mPa.s以下又は、好ましくは、20~5,000mPa.sの粘度を有する。 Suitable polyisocyanate prepolymers of the invention have viscosities in neat form at 110° C. of up to 10,000 mPa.s, or preferably from 20 to 5,000 mPa.s.
適した市販のPTMEG含有イソシアナート末端ウレタンプレポリマーの例には、Imuthane(商標)プレポリマー(COIM USA, Inc.(West Deptford, NJ)から入手できる。)(PET-80A、PET-85A、PET-90A、PET-93A、PET-95A、PET-60D、PET-70D、又はPET-75Dなど);Adiprene(商標)プレポリマー(Chemtura(Philadelphia, PA))(例えば、LF 800A、LF 900A、LF 910A、LF 930A、LF 931A、LF 939A、LF 950A、LF 952A、LF 600D、LF 601D、LF 650D、LF 667、LF 700D、LF750D、LF751D、LF752D、LF753D又はL325など);Andur(商標)プレポリマー(Anderson Development Company(Adrian, MI))(70APLF、80APLF、85APLF、90APLF、95APLF、60DPLF、70APLF、又は75APLFなど)が含まれる。 Examples of suitable commercially available PTMEG-containing isocyanate-terminated urethane prepolymers include Imuthane™ prepolymers (available from COIM USA, Inc. of West Deptford, NJ) (PET-80A, PET-85A, PET -90A, PET-93A, PET-95A, PET-60D, PET-70D, or PET-75D); Adiprene™ prepolymers (Chemtura (Philadelphia, PA)) (e.g., LF 800A, LF 900A, LF) 910A, LF 930A, LF 931A, LF 939A, LF 950A, LF 952A, LF 600D, LF 601D, LF 650D, LF 667, LF 700D, LF750D, LF751D, LF752D, LF753D or L325); Andur™ prepolymers (Anderson Development Company (Adrian, MI)) (such as 70APLF, 80APLF, 85APLF, 90APLF, 95APLF, 60DPLF, 70APLF, or 75APLF).
加えて、本発明のポリイソシアナートプレポリマーは、遊離2,4及び2,6TDIモノマーのそれぞれを0.1重量%未満有する低遊離芳香族イソシアナートプレポリマーであり得、従来のプレポリマーよりも一貫したプレポリマー分子量分布を有する。改善されたプレポリマー分子量の一貫性及び低遊離イソシアナートモノマー含有量を有する「低遊離芳香族イソシアナート」プレポリマーは、より規則的なポリマー構造を容易にし、改善されたポリッシングパッドの一貫性に寄与する。 Additionally, the polyisocyanate prepolymers of the present invention can be low free aromatic isocyanate prepolymers having less than 0.1 wt. It has a consistent prepolymer molecular weight distribution. "Low free aromatic isocyanate" prepolymers with improved prepolymer molecular weight consistency and low free isocyanate monomer content facilitate a more regular polymer structure, leading to improved polishing pad consistency contribute.
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨層の形成において使用されるポリウレタンは、0.1重量%未満の遊離トルエンジイソシアナート(TDI)モノマー含有量を有する低遊離イソシアナート末端ウレタンである。 Preferably, the polyurethane used in forming the polishing layer of the chemical mechanical polishing pad of the present invention is a low free isocyanate terminated urethane having a free toluene diisocyanate (TDI) monomer content of less than 0.1 weight percent. .
得られるパッドの形態が安定しており、容易に再現可能であることを保証するために、例えば、多くの場合、一貫した製造のために、酸化防止剤などの添加剤、及び水などの不純物を制御することが重要である。例えば、水はイソシアナートと反応して気体の二酸化炭素を生成するため、水の濃度は、ポリマーマトリックス内に細孔を形成する二酸化炭素の気泡の濃度に影響し得る。外来の水とのイソシアナートの反応はまた、ポリアミンとの反応に利用できるイソシアナートを減少させ、したがって、架橋レベル(過剰なイソシアナート基が存在する場合。)と共にNCO基に対するOH基又はNH2基のモル比及び得られるポリマーの分子量を変化させる。 Additives such as antioxidants and impurities such as water are often added to ensure that the resulting pad morphology is stable and easily reproducible, e.g., for consistent manufacturing. is important to control. For example, since water reacts with isocyanate to produce gaseous carbon dioxide, the concentration of water can affect the concentration of carbon dioxide bubbles that form pores within the polymer matrix. The reaction of isocyanate with extraneous water also reduces the isocyanate available for reaction with polyamines, thus reducing OH or NH2 to NCO groups along with the level of cross-linking (if excess isocyanate groups are present). The molar ratio of groups and the molecular weight of the resulting polymer are varied.
本発明の反応混合物中、反応混合物中の未反応のイソシアナート(NCO)基の合計に対する反応混合物中の全アミン(NH2)基及び全ヒドロキシル(OH)基の合計の化学量論比は、0.85:1~1.2:1、又は、好ましくは、1.0:1~1.1:1の範囲である。 In the reaction mixture of the present invention, the stoichiometric ratio of total amine ( NH2 ) groups and total hydroxyl (OH) groups in the reaction mixture to total unreacted isocyanate (NCO) groups in the reaction mixture is It ranges from 0.85:1 to 1.2:1, or preferably from 1.0:1 to 1.1:1.
本発明の反応混合物は有機溶媒が加えられていない。 The reaction mixture of the present invention has no added organic solvent.
好ましくは、本発明の反応混合物は、反応混合物の全重量に基づいて「実質的に水を含まない」(2,000ppm未満)。 Preferably, the reaction mixtures of the present invention are "substantially free of water" (less than 2,000 ppm) based on the total weight of the reaction mixture.
本発明の研磨層を製造する方法において、該方法は、45~65℃の温度で本発明のポリイソシアナートプレポリマーを提供すること、プレポリマーを20~40℃、又は好ましくは、20~30℃まで冷却すること;硬化剤を提供して、ポリイソシアナートプレポリマー並びに、望ましいならば、1つの成分としてのマイクロエレメント材料及び別の成分としての硬化剤の熱硬化性反応混合物を生成すること、鋳型を60~100℃、又は、好ましくは、65~95℃まで予熱すること、鋳型に反応混合物を充填し、反応混合物を80~120℃の温度で4~24時間、又は、好ましくは、6~16時間熱硬化させて、型成形されたポリウレタン反応生成物を形成することを含む。 In the method of making the polishing layer of the present invention, the method comprises providing the polyisocyanate prepolymer of the present invention at a temperature of 45-65°C; providing curatives to form a thermosetting reaction mixture of the polyisocyanate prepolymer and, if desired, the microelement material as one component and the curative as another component. , preheating the mold to 60-100° C., or preferably 65-95° C., filling the mold with the reaction mixture and heating the reaction mixture at a temperature of 80-120° C. for 4-24 hours, or preferably Heat curing for 6-16 hours to form a molded polyurethane reaction product.
本発明の研磨層を形成する方法は、型成形されたポリウレタン反応生成物をスカイビング又はスライシングして、0.5~10mm、又は、好ましくは、1~3mmの厚さを有する層を形成することをさらに含む。 The method of forming the abrasive layer of the present invention involves skiving or slicing a molded polyurethane reaction product to form a layer having a thickness of 0.5 to 10 mm, or preferably 1 to 3 mm. further including
本発明の研磨層を製造する方法は、大きな発熱を与え、異常に速く硬化し、硬い型成形されたポリウレタン反応生成物を形成する反応混合物からの低多孔度パッドの製造を可能にする。ポリイソシアナートプレポリマー成分の冷却及び鋳型の予熱は、鋳型又はケーキのポッピング(この場合、硬化した材料又は鋳込材料がベースから離型し、研磨層を形成するためにスカイビング又はスライシングできない。)を防ぐ。加えて、本発明のCMPポリッシングパッドを製造する方法は、マイクロエレメントの不均質な二次膨張を回避し、得られる鋳型又はケーキ内のSGのばらつきを制限し、それによって、スカイビング又はスライシング後の鋳型又はケーキからの研磨層の収率を向上させる。 The method of making the polishing layer of the present invention allows for the production of low porosity pads from a reaction mixture that provides a large exotherm and cures unusually fast to form a hard molded polyurethane reaction product. Cooling of the polyisocyanate prepolymer component and preheating of the mold prevents popping of the mold or cake (where the hardened or cast material releases from the base and cannot be skived or sliced to form a polishing layer. )prevent. In addition, the method of manufacturing the CMP polishing pad of the present invention avoids non-homogeneous secondary expansion of the microelements and limits the variation of SG within the resulting mold or cake, thereby reducing post-skiving or slicing improve the yield of the abrasive layer from the mold or cake.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドは、ポリウレタン反応生成物の研磨層のみ、あるいはサブパッド又は下層の上に積層された研磨層を含み得る。本発明のポリッシングパッド又は、積層パッドの場合、ポリッシングパッドの研磨層は、多孔性及び非多孔性の両方又は未充填の構成において有用である。多孔性であるか非多孔性であるかに関わらず、完成したポリッシングパッド又は研磨層(積層パッド内)は、好ましくは0.7~1.20g/cm3又は、より好ましくは、0.9~1.08g/cm3の密度を有する。ガス溶解、発泡剤、機械的発泡及び中空マイクロスフェアの導入によって多孔度を増加させることが可能である。ポリッシングパッド密度はASTM D1622-08(2008)に従って測定される。密度は、比重の1~2%以内で密接に相関する。 The chemical mechanical polishing pads of the present invention may comprise a polyurethane reaction product polishing layer alone or a polishing layer laminated onto a subpad or underlayer. In the case of the polishing pads or laminate pads of the present invention, the polishing layer of the polishing pad is useful in both porous and non-porous or unfilled configurations. The finished polishing pad or polishing layer (in laminated pads), whether porous or non-porous, preferably has a weight of 0.7 to 1.20 g/cm 3 or more preferably 0.9 It has a density of ˜1.08 g/cm 3 . Porosity can be increased by gas dissolution, blowing agents, mechanical foaming and the introduction of hollow microspheres. Polishing pad density is measured according to ASTM D1622-08 (2008). Density is closely correlated within 1-2% of specific gravity.
本発明の研磨層内の多孔度は、典型的には、2~50μmの平均径を有する。最も好ましくは、多孔性は、球形を有する中空ポリマー粒子から生じる。好ましくは、中空ポリマー粒子は、2~40μmの重量平均径を有する。本明細書では、重量平均径は、鋳込み前の中空ポリマー粒子の直径を表し、粒子は、球形又は非球形を有し得る。最も好ましくは、中空ポリマー粒子は、10~30μmの重量平均径を有する。 The porosity within the polishing layer of the present invention typically has an average diameter of 2-50 μm. Most preferably, the porosity results from hollow polymer particles having a spherical shape. Preferably, the hollow polymer particles have a weight average diameter of 2-40 μm. As used herein, weight average diameter refers to the diameter of hollow polymer particles prior to casting, and the particles may have a spherical or non-spherical shape. Most preferably, the hollow polymer particles have a weight average diameter of 10-30 μm.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨層は、場合により、好ましくは、研磨層全体にわたって均一に分散したマイクロエレメントをさらに含む。そのようなマイクロエレメント、特に中空球は、鋳込み中に膨張し得る。マイクロエレメントは、閉じ込められた気泡、ポリマーマイクロスフェアなどの中空コアポリマー材料、流体充填ポリマーマイクロスフェアなどの液体充填中空コアポリマー材料、水溶性材料、不溶相材料(例えば、鉱油)、及び砥粒フィラー、窒化ホウ素などより選択され得る。好ましくは、マイクロエレメントは、研磨層全体にわたって均一に分布した閉じ込められた気泡及び中空コアポリマー材料より選択される。マイクロエレメントは、100μm未満(好ましくは、5~50μm)の重量平均径を有する。より好ましくは、複数のマイクロエレメントは、ポリアクリロニトリル又はポリアクリロニトリルコポリマーのいずれかのシェル壁を有するポリマーマイクロスフェア(例えば、Expancel(商標)ビーズ(Akzo Nobel(Amsterdam, Netherlands)製))を含む。 The polishing layer of the chemical mechanical polishing pad of the present invention optionally further comprises microelements, preferably evenly distributed throughout the polishing layer. Such microelements, especially hollow spheres, can expand during casting. Microelements include trapped air bubbles, hollow core polymeric materials such as polymeric microspheres, liquid filled hollow core polymeric materials such as fluid filled polymeric microspheres, water soluble materials, insoluble phase materials (e.g. mineral oil), and abrasive fillers. , boron nitride, and the like. Preferably, the microelements are selected from trapped cells and hollow core polymeric materials uniformly distributed throughout the polishing layer. The microelements have a weight average diameter of less than 100 μm (preferably 5-50 μm). More preferably, the plurality of microelements comprises polymeric microspheres (eg, Expancel™ beads from Akzo Nobel, Amsterdam, Netherlands) having shell walls of either polyacrylonitrile or polyacrylonitrile copolymer.
本発明によれば、マイクロエレメントは、0.4~5.5重量%のポロジェン、又は、好ましくは、0.75~5.0重量%で研磨層に取り込まれる。 According to the present invention, the microelements are incorporated into the polishing layer at 0.4-5.5 wt% porogen, or preferably 0.75-5.0 wt%.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨層のポリウレタン反応生成物は、ASTM D2240-15(2015)に従って測定されるショアD硬さ50~90を示す。 The polyurethane reaction product of the polishing layer of the chemical mechanical polishing pad of the present invention exhibits a Shore D hardness of 50-90 measured according to ASTM D2240-15 (2015).
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドにおいて使用される研磨層は、500~3750ミクロン(20~150mil)、又は、より好ましくは、750~3150ミクロン(30~125mil)、又は、さらにより好ましくは、1000~3000ミクロン(40~120mil)、又は、最も好ましくは、1250~2500ミクロン(50~100mil)の平均厚さを有する。 Preferably, the polishing layer used in the chemical mechanical polishing pads of the present invention is 500 to 3750 microns (20 to 150 mils), or more preferably 750 to 3150 microns (30 to 125 mils), or even more preferably , 1000-3000 microns (40-120 mils), or most preferably 1250-2500 microns (50-100 mils).
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドは、場合により、研磨層と適合する少なくとも1つの別の層をさらに含む。好ましくは、ケミカルメカニカルポリッシングパッドは、場合により、研磨層に接着した圧縮性のサブパッド又はベース層をさらに含む。圧縮性のベース層は、好ましくは、研磨される基板の表面に対する研磨層の適合性を改善する。 The chemical mechanical polishing pad of the present invention optionally further comprises at least one other layer compatible with the polishing layer. Preferably, the chemical mechanical polishing pad optionally further comprises a compressible subpad or base layer adhered to the polishing layer. A compressible base layer preferably improves the conformability of the polishing layer to the surface of the substrate being polished.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨層は、基板を研磨するために適合された研磨表面を有する。好ましくは、研磨表面は、穿孔及び溝のうちの少なくとも1つより選択されるマクロテクスチャを有する。穿孔は、研磨表面から研磨層の厚さの一部又は全体を通じて延び得る。 The polishing layer of the chemical mechanical polishing pad of the present invention has a polishing surface adapted for polishing a substrate. Preferably, the polishing surface has a macrotexture selected from at least one of perforations and grooves. Perforations may extend from the polishing surface through part or all of the thickness of the polishing layer.
好ましくは、研磨中、ケミカルメカニカルポリッシングパッドの回転時、少なくとも1つの溝が研磨される基板の表面を通るように溝が研磨表面に配列される。 Preferably, the grooves are arranged in the polishing surface such that at least one groove passes through the surface of the substrate being polished as the chemical mechanical polishing pad rotates during polishing.
好ましくは、研磨表面は、曲線状の溝、直線状の溝、穿孔及びこれらの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの溝を含むマクロテクスチャを有する。 Preferably, the polishing surface has a macrotexture comprising at least one groove selected from the group consisting of curved grooves, linear grooves, perforations and combinations thereof.
好ましくは、本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドの研磨層は、基板を研磨するために適合された研磨表面を有し、研磨表面は、そこに形成された溝パターンを含むマクロテクスチャを有する。好ましくは、溝パターンは、複数の溝を含む。より好ましくは、溝パターンは、同心溝(円状又は渦巻き状であり得る。)、曲線状の溝、クロスハッチ溝(例えば、パッド表面全体にX-Y格子として配列)、他の規則的な設計(例えば、六角形、三角形)、タイヤトレッド型パターン、不規則な設計(例えば、フラクタルパターン)、及びこれらの組み合わせからなる群より選択されるものなどの溝設計より選択される。より好ましくは、溝設計は、ランダムな溝、同心溝、渦巻き状の溝、クロスハッチ溝、X-Y格子溝、六角形の溝、三角形の溝、フラクタル溝及びこれらの組み合わせからなる群より選択される。最も好ましくは、研磨表面は、そこに形成された渦巻き状の溝パターンを有する。溝断面は、好ましくは、真っすぐな側壁を有する長方形より選択され、又は溝断面は、「V」字形、「U」字形、鋸歯状、及びこれらの組み合わせであり得る。 Preferably, the polishing layer of the chemical mechanical polishing pad of the present invention has a polishing surface adapted for polishing a substrate, the polishing surface having a macrotexture including a groove pattern formed therein. Preferably, the groove pattern includes a plurality of grooves. More preferably, the groove pattern includes concentric grooves (which can be circular or spiral), curvilinear grooves, cross-hatch grooves (eg, arranged as an XY grid across the pad surface), other regular grooves. Groove designs such as those selected from the group consisting of designs (eg, hexagonal, triangular), tire tread type patterns, irregular designs (eg, fractal patterns), and combinations thereof. More preferably, the groove design is selected from the group consisting of random grooves, concentric grooves, spiral grooves, crosshatch grooves, XY lattice grooves, hexagonal grooves, triangular grooves, fractal grooves and combinations thereof. be done. Most preferably, the polishing surface has a spiral groove pattern formed therein. The groove cross-section is preferably selected from rectangular with straight sidewalls, or the groove cross-section can be "V"-shaped, "U"-shaped, serrated, and combinations thereof.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドを製造する方法は、鋳型を提供すること;本発明の反応混合物を鋳型に鋳込むこと;及び、組み合わせを鋳型内で反応させて、硬化したケーキを形成することを含み得、研磨層は、硬化したケーキに由来する。好ましくは、硬化したケーキは、スカイビングされて、単一の硬化したケーキから複数の研磨層を得る。場合により、該方法は、硬化したケーキを加熱して、スカイビング操作を容易にすることをさらに含む。好ましくは、硬化したケーキは、スカイビング操作中に赤外線加熱ランプを使用して加熱され、硬化したケーキは複数の研磨層にスカイビングされる。 A method of making the chemical mechanical polishing pad of the present invention comprises providing a mold; casting the reaction mixture of the present invention into the mold; and reacting the combination within the mold to form a hardened cake. The abrasive layer may be derived from the cured cake. Preferably, the hardened cake is skived to obtain multiple abrasive layers from a single hardened cake. Optionally, the method further comprises heating the hardened cake to facilitate the skiving operation. Preferably, the hardened cake is heated using infrared heat lamps during the skiving operation and the hardened cake is skived into a plurality of abrasive layers.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドを製造する別の方法は、流体形態の、好ましくは、溶融物としての硬化剤と、任意のマイクロエレメントを含むポリイソシアナートプレポリマーとをボルテックスミキサー内で混合して熱硬化性反応混合物を生成し、続いて、混合物を、ドローダウンバー又はドクターブレードを使用して、例えば、2mm(80mil)の所与の厚さを有する、例えば、60×60cm(24×24インチ)のシートに鋳込み、硬化するドローダウン技術を含み得る。マイクロエレメントは、硬化剤を熱硬化性反応混合物に添加する前にポリイソシアナートプレポリマー中に混合される。硬化は、周囲温度から80~120℃の設定点温度、例えば、104℃までオーブンを加熱し、設定点温度で、例えば、4~24時間保持し、次いで、オーブン設定点温度を室温(21℃)まで時間をかけて、例えば、2時間の勾配で下げることを含み得る。硬化したシートは、旋盤を用いるような表面仕上が行われ得る。 Another method of making the chemical mechanical polishing pad of the present invention is by mixing the hardener in fluid form, preferably as a melt, with the polyisocyanate prepolymer containing any microelements in a vortex mixer. A thermosetting reaction mixture is formed, and the mixture is then sifted using a drawdown bar or doctor blade, e.g. inch) sheets and hardened drawdown techniques. The microelements are mixed into the polyisocyanate prepolymer prior to adding the curing agent to the thermosetting reaction mixture. Curing is accomplished by heating the oven from ambient temperature to a set point temperature of 80-120° C., e.g., 104° C., holding at the set point temperature, e.g., 4-24 hours, and then reducing the oven set point temperature to room temperature (21° C. ), for example, a 2 hour ramp down. The cured sheet may be surface finished, such as using a lathe.
本発明によるポリッシングパッドを製造する方法において、スラリー流を促進し、パッド-ウェーハ界面から研磨くずを除去するためのそれらの研磨表面に切られた溝パターンを有するケミカルメカニカルポリッシングパッドが提供され得る。そのような溝は、旋盤を使用して、又はCNCフライス盤によってポリッシングパッドの研磨表面に切られ得る。 In a method of manufacturing a polishing pad according to the present invention, chemical mechanical polishing pads can be provided having groove patterns cut into their polishing surface for promoting slurry flow and removing debris from the pad-wafer interface. Such grooves can be cut into the polishing surface of the polishing pad using a lathe or by a CNC milling machine.
本発明のポリッシングパッドの使用方法において、CMPポリッシングパッドの研磨表面はコンディショニングされ得る。パッド表面「コンディショニング」又は「ドレッシング」は、安定した研磨性能のために一貫した研磨表面を維持するのに極めて重要である。経時的にポリッシングパッドの研磨表面は摩損し、研磨表面のミクロテクスチャを滑らかにする(「グレージング」と呼ばれる現象)。ポリッシングパッドコンディショニングは、典型的には、コンディショニングディスクで研磨表面を機械的に摩耗させることによって実現される。コンディショニングディスクは、典型的には埋め込まれたダイヤモンドポイントからなる粗いコンディショニング表面を有する。コンディショニングプロセスは、パッド材料を摩耗させて掘り起こし、研磨テクスチャを再生しながらパッド表面に微細な溝を切る。 In the method of using the polishing pad of the present invention, the polishing surface of the CMP polishing pad can be conditioned. Pad surface "conditioning" or "dressing" is extremely important in maintaining a consistent polishing surface for consistent polishing performance. Over time, the polishing surface of the polishing pad wears away, smoothing the microtexture of the polishing surface (a phenomenon called "glazing"). Polishing pad conditioning is typically accomplished by mechanically abrading the polishing surface with a conditioning disc. Conditioning discs have a rough conditioning surface, typically consisting of embedded diamond points. The conditioning process abrades and burrows the pad material, cutting microgrooves into the pad surface while recreating the abrasive texture.
ポリッシングパッドのコンディショニングは、研磨を休止しているときにCMPプロセスを断続的に中断する間(「エクスサイツ」)、又はCMPプロセスが進行している間(「インサイツ」)のいずれかにコンディショニングディスクを研磨表面と接触させることを含む。典型的には、コンディショニングディスクは、ポリッシングパッドの回転軸に対して固定された位置で回転し、ポリッシングパッドが回転するとき、環状のコンディショニング領域を通る。 Conditioning of the polishing pad can be accomplished by applying the conditioning disk either during intermittent interruptions of the CMP process (“ex sits”) when polishing is paused, or while the CMP process is in progress (“in situ”). Including contact with an abrasive surface. Typically, the conditioning disc rotates in a fixed position relative to the polishing pad's rotational axis and passes through an annular conditioning region as the polishing pad rotates.
本発明のケミカルメカニカルポリッシングパッドは、メモリ基板及び半導体基板のうちの少なくとも1つより選択される基板を研磨するために使用され得る。 The chemical mechanical polishing pad of the present invention can be used to polish substrates selected from at least one of memory substrates and semiconductor substrates.
三次元半導体基板又はメモリ基板は、平坦化される必要があるフィーチャ間のフィーチャスケール又はダイスケールが、1~50mm、好ましくは1~20mmであり得る。 A three-dimensional semiconductor substrate or memory substrate may have a feature scale or die scale between features that need to be planarized, 1-50 mm, preferably 1-20 mm.
好ましくは、本発明の基板を研磨する方法は、不揮発性フラッシュメモリ(3D NAND)基板などの三次元半導体基板又はメモリ基板のうちの少なくとも1つより選択される基板を提供すること;本発明によるケミカルメカニカルポリッシングパッドを提供すること;研磨層の研磨表面及び基板の間の動的接触を起こし、基板の表面を研磨すること;並びに、研磨表面を砥粒コンディショナーでコンディショニングすることを含む。本発明の方法において、動的接触を起こすことは、103~550hPa(1.5~8psi)、又は、好ましくは、206~483hPa(3~7psi)のダウンフォース(DF)で研磨することを含む。DFは、0.5~2重量%の砥粒(例えば、シリカ)固形分の範囲内のより低い砥粒含有量を有するスラリーとの使用については、200hPa超~550hPa、好ましくは275hPa~475HPaになり得る。また、DFは、2~6重量%又は、好ましくは、2.5~5.5重量%のより高い砥粒含有量を有するスラリーとの使用については、103~344hPa(1.5~5psi)又は、好ましくは、137~344hPa(2~5psi)など、より低くなり得る。 Preferably, the method of polishing a substrate of the present invention provides a substrate selected from at least one of a three-dimensional semiconductor substrate, such as a non-volatile flash memory (3D NAND) substrate, or a memory substrate; providing a chemical mechanical polishing pad; causing dynamic contact between the polishing surface of the polishing layer and the substrate to polish the surface of the substrate; and conditioning the polishing surface with an abrasive conditioner. In the method of the present invention, providing dynamic contact includes polishing with a Down Force (DF) of 103-550 hPa (1.5-8 psi), or preferably 206-483 hPa (3-7 psi). . DF ranges from greater than 200 hPa to 550 hPa, preferably from 275 hPa to 475 HPa for use with slurries having lower abrasive content in the range of 0.5-2 wt% abrasive (e.g. silica) solids. can be. DF is also 103-344 hPa (1.5-5 psi) for use with slurries having a higher abrasive content of 2-6 wt % or preferably 2.5-5.5 wt % Or, preferably, it can be lower, such as 137-344 hPa (2-5 psi).
実施例:ここで本発明を以下の非限定的な例において詳細に説明する。 Examples: The invention will now be described in detail in the following non-limiting examples.
特に記載のない限り、すべての温度は室温(21~23℃)であり、すべての圧力は大気圧(約760mm Hg又は101kPa)である。
以下で開示する他の原料に関わらず、以下の原料を実施例において使用した:
MONDUR(商標)Grade II TDI:トルエンジイソシアナート(Covestro(Pittsburgh, PA));
TERATHANE(商標)1000:1000Mwのポリテトラメチレンエーテルグリコール(Invista(Wichita, KS));
Adiprene(商標)LF 750D:PTMEG由来の低遊離TDI(<最大0.5%)プレポリマー(8.75~9.05重量%NCO、Mn=760Da;Mw=870Da(Chemtura(Philadelphia, PA));
Adiprene(商標)L 325:PTMEG由来のTDI末端液体ウレタンプレポリマー(8.95~9.25重量%NCO、Mn=990Da;Mw=1250Da、Chemtura);
プレポリマーA:PTMEG並びに芳香族ジイソシアナート及び任意の脂環式ジイソシアナートの全重量に基づいて約64重量%のH12MDIを有するTDI(約10.5% 重量%NCO)由来のH12MDI末端液体ウレタン準プレポリマー;Mn 約760Da;Mw 約870Da;
Adiprene(商標)LFG 740D:低遊離TDI(<最大0.5%)、PPGを含むポリオール由来のTDI末端液体ウレタンプレポリマー;(8.65~9.05重量%NCO、Chemtura);
MDIプレポリマー:メチレンジフェニルジイソシアナート(MDI)並びに小分子ジプロピレングリコール(DPG)及びトリプロピレングリコール(TPG)由来の約23重量%NCO含有量及び当量182の直鎖状イソシアナート末端ウレタンプレポリマー。100重量%のこのMDIプレポリマーがハードセグメントとして処理される;
Lonzacure(商標)MCDEA:4,4’-メチレン-ビス(3-クロロ-2,6-ジエチルアニリン)、(Lonza Ltd.(Switzerland));
Expancel(商標)551 DE 40 d42ビーズ:公称直径40μm及び真密度42g/lを有する流体充填ポリマーマイクロスフェア(Akzo Nobel(Arnhem, NL));
Expancel(商標)461 DE 20 d70ビーズ:公称直径20μm及び真密度70g/lを有する流体充填ポリマーマイクロスフェア(Akzo Nobel);及び
Expancel(商標)031 DU 40ビーズ:公称直径13μm及び真密度約1000g/lを有する乾燥した膨張していないポリマーマイクロスフェア(Akzo Nobel)。
以下の他の略記が以下の実施例で用いられる:
TDI:トルエンジイソシアナート(2,4異性体約80%、2,6異性体約20%);MbOCA:4,4’-メチレンビス(2-クロロアニリン)。
Unless otherwise noted, all temperatures are room temperature (21-23° C.) and all pressures are atmospheric (approximately 760 mm Hg or 101 kPa).
The following ingredients were used in the examples, regardless of the other ingredients disclosed below:
MONDUR™ Grade II TDI: toluene diisocyanate (Covestro (Pittsburgh, PA));
TERATHANE™ 1000: 1000 Mw polytetramethylene ether glycol (Invista (Wichita, KS));
Adiprene™ LF 750D: low free TDI (<max 0.5%) prepolymer from PTMEG (8.75-9.05 wt% NCO, Mn = 760 Da; Mw = 870 Da (Chemtura (Philadelphia, PA)) ;
Adiprene™ L 325: TDI-terminated liquid urethane prepolymer from PTMEG (8.95-9.25 wt% NCO, Mn=990 Da; Mw=1250 Da, Chemtura);
Prepolymer A: H from PTMEG and TDI (about 10.5 % wt.% NCO) with about 64% wt. 12 MDI terminated liquid urethane quasi-prepolymer; Mn about 760 Da; Mw about 870 Da;
Adiprene™ LFG 740D: low free TDI (<max 0.5%), TDI terminated liquid urethane prepolymer derived from polyol containing PPG; (8.65-9.05 wt% NCO, Chemtura);
MDI Prepolymer: Linear isocyanate-terminated urethane prepolymer with about 23 wt% NCO content and equivalent weight of 182 derived from methylene diphenyl diisocyanate (MDI) and small molecule dipropylene glycol (DPG) and tripropylene glycol (TPG) . 100% by weight of this MDI prepolymer is treated as hard segment;
Lonzacure™ MCDEA: 4,4′-methylene-bis(3-chloro-2,6-diethylaniline), (Lonza Ltd. (Switzerland));
Expancel™ 551 DE 40 d42 beads: Fluid-filled polymeric microspheres (Akzo Nobel (Arnhem, NL)) with a nominal diameter of 40 μm and a true density of 42 g/l;
Expancel™ 461 DE 20 d70 beads: Fluid-filled polymeric microspheres (Akzo Nobel) with a nominal diameter of 20 μm and a true density of 70 g/l; and
Expancel™ 031 DU 40 beads: dry, unexpanded polymeric microspheres (Akzo Nobel) with a nominal diameter of 13 μm and a true density of about 1000 g/l.
The following other abbreviations are used in the examples below:
TDI: toluene diisocyanate (2,4 isomer about 80%, 2,6 isomer about 20%); MbOCA: 4,4'-methylenebis(2-chloroaniline).
実施例1:CMP研磨層及びパッドの合成:ポリッシングパッド又は研磨層の製造に使用するための成形品を製造するための平底を有する直径86.36cm(34’’)のポリテトラフルオロエチレン(PTFE被覆)円形鋳型内に配合物を鋳込むことによって、以下の表1に記載の反応混合物配合物の反応生成物を含む研磨層を形成した。配合物を生成するために、十分な流れを確保するために示したポリイソシアナートプレポリマーを52℃まで加熱し、(1つ又は複数の)示したExpancel(商標)マイクロエレメントと組み合わせて予備混合した成分を生成し、次いで、これを、高剪断混合ヘッドを使用して別の成分としての硬化剤と混合した。混合ヘッドを出た後、配合物を鋳型に2~5分かけて分注し、全鋳込み厚さ4~10cmを得、鋳型を硬化オーブンに入れる前に15分間ゲル化させた。次いで、以下のサイクルを使用して鋳型を硬化オーブン内で硬化させた:周囲温度から104℃の設定点までの30分の勾配、次いで、104℃で15.5時間保持、次いで、104℃から21℃までの2時間の勾配。 Example 1: Synthesis of CMP polishing layers and pads: A 34'' diameter polytetrafluoroethylene (PTFE) with a flat bottom for making moldings for use in making polishing pads or polishing layers. Coating) A polishing layer comprising the reaction product of the reaction mixture formulations set forth in Table 1 below was formed by casting the formulation into a circular mold. To produce the formulation, the indicated polyisocyanate prepolymer was heated to 52° C. to ensure sufficient flow and premixed in combination with the indicated Expancel™ microelement(s). A mixed component was produced, which was then mixed with the curative as a separate component using a high shear mixing head. After exiting the mixing head, the formulation was dispensed into the molds over 2-5 minutes to give a total casting thickness of 4-10 cm and allowed to gel for 15 minutes before placing the molds in the curing oven. The mold was then cured in a curing oven using the following cycle: 30 minute ramp from ambient temperature to 104°C set point, then hold at 104°C for 15.5 hours, then from 104°C. 2 hour ramp to 21°C.
反応混合物配合物をケーキとして鋳込むために、プレポリマー鋳込み温度を示した温度52℃~27℃(80°F)まで下げるプレポリマーライン熱交換器を使用してパッドを鋳込み、鋳型を93℃まで予熱した。これにより、高い発熱を制御して鋳型内のばらつきを低減することが可能となる。 To cast the reaction mixture formulation as a cake, cast the pad using a prepolymer line heat exchanger that reduces the prepolymer casting temperature to the indicated temperature of 52°C to 27°C (80°F) and the mold to 93°C. preheated to This makes it possible to control high heat generation and reduce variations within the mold.
多孔度はマイクロスフェア添加量に比例し、SGに反比例する。
次いで、硬化したポリウレタンケーキを鋳型から取り出し、70~90℃の温度で約30枚の別々の2.0mm(80mil)厚シートにスカイビング(固定ブレードを使用して切断)した。各ケーキの上部からスカイビングを開始した。不完全なシートはすべて廃棄した。 The cured polyurethane cake was then removed from the mold and skived (cut using a stationary blade) into approximately 30 separate 2.0 mm (80 mil) thick sheets at a temperature of 70-90°C. Skiving started from the top of each cake. All incomplete sheets were discarded.
各実施例による溝のない研磨層材料を分析して、それらの物理特性を測定した。報告されたパッド密度データはASTM D1622-08(2008)に従って測定され、報告されたショアD硬さデータはASTM D2240-15(2015)に従って測定され、報告された弾性率及び破断伸びデータはASTM D412-6a(2006)に従って測定されたことに留意されたい。試験結果を以下の表2、3、4、5及び6に示す。 The non-grooved polishing layer materials according to each example were analyzed to determine their physical properties. Reported pad density data were measured according to ASTM D1622-08 (2008), reported Shore D hardness data were measured according to ASTM D2240-15 (2015), and reported modulus and elongation at break data were measured according to ASTM D412. - Note that it was measured according to 6a (2006). Test results are shown in Tables 2, 3, 4, 5 and 6 below.
試験方法:上に示した特性試験を含め、以下の方法を使用してポリッシングパッドを試験した:
研磨:研磨層を使用してケミカルメカニカルポリッシングパッドを構築した。次いで、これらの研磨層を機械で溝切りし、以下の寸法を有する穿孔又は複数の同心円状の溝を含む研磨表面の溝パターンを得た:実施例2及び3では、Suba(商標)400ウレタンサイズのポリエステルマットサブパッド(Nitta Haas, JP)を有する穿孔したパッドを使用した;実施例4では、深さ0.76mm(30mil)、幅0.51mm(20mil)及びピッチ3.05mm(120mil)の1010本の溝。
Test Methods: The following methods were used to test the polishing pads, including the property tests indicated above:
Polishing: A chemical mechanical polishing pad was constructed using a polishing layer. These polishing layers were then machine grooved to provide a polishing surface groove pattern containing perforations or multiple concentric grooves having the following dimensions: Suba™ 400 Urethane for Examples 2 and 3; A perforated pad with polyester mat subpads (Nitta Haas, JP) of size 0.76 mm (30 mil) deep, 0.51 mm (20 mil) wide and 3.05 mm (120 mil) pitch was used in Example 4. 1010 grooves.
次いで、研磨層をフォームサブパッド層(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から入手できるSUBA IV)にラミネートした。両面感圧接着フィルムを使用して、示した研磨装置の研磨プラテンに得られたパッドを取り付けた。 The polishing layer was then laminated to a foam subpad layer (SUBA IV available from Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.). A double-sided pressure sensitive adhesive film was used to attach the resulting pad to the polishing platen of the polishing apparatus shown.
以下に示すCMP研磨プラットホームを使用して、示した基板を示したパッドで研磨した。研磨実験において使用される示した研磨媒体(例えば、CES333Fセリアスラリー、Asahi Glass Company, JP)。(プラテンrpm(PS)/キャリアrpm(CS)として)特に記載のない限り、すべての研磨実験において使用した研磨条件は、プラテン速度93rpm;キャリア速度87rpm;並びに研磨媒体流量200mL/min及び示したダウンフォース(DF)を含んでいた。AM02BSL8031C1-PM(AK45)ダイヤモンドコンディショニングディスク(Saesol Diamond Ind.Co., Ltd.)を使用してケミカルメカニカルポリッシングパッドをコンディショニングした。ケミカルメカニカルポリッシングパッドそれぞれを3.2kg(7lbs)のダウンフォースを使用してコンディショナーで40分間ならした。ポリッシングパッドを、3.2kg(7lbs)のダウンフォースを使用してインサイツでさらにコンディショニングした。FX200計測ツール(KLA-Tencor(Milpitas, CA))を使用し、縁部3mmを除く49点スパイラルスキャンを使用して研磨前後に膜厚を測定することによって除去速度(RR)を決定した。 The indicated substrates were polished with the indicated pads using the CMP polishing platform indicated below. The indicated polishing media used in polishing experiments (eg, CES333F ceria slurry, Asahi Glass Company, JP). Unless otherwise stated (as platen rpm (PS)/carrier rpm (CS)), the polishing conditions used in all polishing experiments were platen speed 93 rpm; carrier speed 87 rpm; It contained Force (DF). An AM02BSL8031C1-PM (AK45) diamond conditioning disc (Saesol Diamond Ind. Co., Ltd.) was used to condition the chemical mechanical polishing pad. Each chemical mechanical polishing pad was run down with conditioner for 40 minutes using 3.2 kg (7 lbs) of downforce. The polishing pad was further conditioned in situ using 3.2 kg (7 lbs) downforce. Removal rate (RR) was determined by measuring film thickness before and after polishing using an FX200 metrology tool (KLA-Tencor, Milpitas, Calif.) using a 49-point spiral scan excluding 3 mm of the edge.
ステップ高さ:RE-3200 Ellipsometric Film Thickness Measurement System(Screen Holdings Co.Ltd., JP)を使用して光学干渉によって測定される低領域及びフィーチャレベルの測定差。望ましくは、残留するステップ高さは可能な限り低い。 Step Height: Low area and feature level measurement difference measured by optical interference using RE-3200 Ellipsometric Film Thickness Measurement System (Screen Holdings Co. Ltd., JP). Desirably, the residual step height is as low as possible.
実施例2:ウェーハ基板上のセリアスラリー研磨:以下の表2において、FREX(商標)300研磨プラットホーム(Ebara(Tokyo, JP))をダウンフォース410hPa(6psi)で使用し、Hitachi HS8005セリアスラリー(Hitachi, Corp., JP)を最終固形分0.5重量%(1:9希釈)、240nm(d50)及びpH約8.4で使用して、示したCMPポリッシングパッドを上で定義した研磨において試験した。基板は、パターン付きポリシリコンウェーハ上のテトラエトキシオルトシリカート(TEOS)酸化膜であった。研磨前に、Kinik EP1AG-150730-NC(商標)コンディショニングディスク(Kinik(Taipei, TW))を使用して100NのDFで示したCMPポリッシングパッドに30秒のエクスサイツコンディショニングを行った。
上の表2に示す通り、本発明のCMPポリッシングパッドH及びIは、CMPポリッシングパッドA及びBにおける最も近い技術のものよりも劇的に高い除去速度を与えた。 As shown in Table 2 above, CMP polishing pads H and I of the present invention provided dramatically higher removal rates than those of the closest technology in CMP polishing pads A and B.
実施例3:フィーチャ基板上のセリアスラリー研磨:以下の表3において、Hitachi HS8005(商標)セリアスラリーを最終固形分0.5重量%(1:9希釈)、240nm(d50)及びpH約8.4で使用して、示したCMPポリッシングパッドを上述の実施例2で定義した研磨において500hPa(7.25psi)のDFで試験した(プラテン/キャリア速度(100/107rpm)を除く)。基板は、パターン付きポリシリコンウェーハ上のテトラエトキシオルトシリカート(TEOS)酸化膜であった。
上の表3に示す通り、本発明の好ましいCMPポリッシングパッドDは、CMPポリッシングパッドE(同じ化学量論の同じポリイソシアナートプレポリマーから製造されるが、本発明の硬化剤を含まない。)における最も近い技術のものよりも劇的に高い除去速度を有する。 As shown in Table 3 above, the preferred CMP polishing pad D of the invention is CMP polishing pad E (made from the same polyisocyanate prepolymer of the same stoichiometry but without the curing agent of the invention). has a dramatically higher removal rate than that of the closest technology in
実施例4:様々な除去速度での研磨:以下の表4において、Ebara Reflexion研磨装置(300mm、Ebara)を使用し、セリアスラリー(pH3.5及び平均粒径150nm)を固形分6重量%で使用して、示したキャリア/プラテン速度及び示したダウンフォース(DF)で示したCMPポリッシングパッドを上で定義した研磨において試験した。基板は、パターン付きポリシリコンウェーハ上のテトラエトキシオルトシリカート(TEOS)酸化膜であった。
上の表4に示す通り、本発明のCMPポリッシングパッドD及びGは、CMPポリッシングパッドA(本発明の硬化剤を使用していないか、又は本発明の化学量論で製造されていない。)における技術のものよりも高い除去速度を与えた。MCDEA、MbOCA硬化剤ブレンドから製造されたパッドGが最良の結果を与えた。172hPa(2.5psiのDF)で採取したステップ高さデータは、本発明のパッドが、長い長さスケール平坦性を改善することを示す。RRデータは、DFの増加時及びプラテン/キャリア速度の増加時、比較例のポリッシングパッドと比べたときの本発明のパッドの改善度が増すことを示す。 As shown in Table 4 above, CMP Polishing Pads D and G of the present invention were compared to CMP Polishing Pad A (not using the curing agent of the present invention or made with the stoichiometry of the present invention). gave a higher removal rate than that of the technique in Pad G made from MCDEA, MbOCA curative blend gave the best results. Step height data taken at 172 hPa (2.5 psi DF) show that the inventive pad improves long length scale flatness. The RR data show that the improvement of the inventive pad over the comparative polishing pad increases with increasing DF and increasing platen/carrier velocity.
実施例5:銅及びタングステンの金属研磨:2.91重量%のExpancel(商標)461 DE 20 d70及び1.7重量%のExpancel(商標)031 DU 40の組み合わせを使用して、研磨層Jについて表1に記載の反応混合物配合物に従って研磨層J1~J3を構築した。それらの特性を以下の表5に示す。Expancel(商標)031 DU 40を含有すると、パッドの多孔度がさらに増加し、パッドのSGが約0.63まで低下する。同様に、研磨層Aを比較のために表1に従って調製した。ただし、2.91重量%のExpancel(商標)461 DE 20 d70及び1.7重量%のExpancel(商標)031 DU 40の組み合わせを含むように変更した。
上述の対応する研磨層を使用してケミカルメカニカルポリッシングパッド、パッドJ及び比較例のパッドAを構築し、ウェーハ基板上の銅又はタングステン膜の研磨について試験した。 Chemical mechanical polishing pads, Pad J and Comparative Pad A were constructed using the corresponding polishing layers described above and tested for polishing copper or tungsten films on wafer substrates.
研磨層を機械で溝切りし、以下の寸法を有する複数の同心円状の溝を含む研磨表面の溝パターンを得た:深さ0.76mm(30mil)、幅0.51mm(20mil)及びピッチ1.78mm(70mil)のK7溝、並びに深さ0.76mm(30mil)及び幅0.76mm(30mil)の別の32本の放射状の溝。 The polishing layer was mechanically grooved to provide a groove pattern on the polishing surface containing a plurality of concentric grooves having the following dimensions: 0.76 mm (30 mil) deep, 0.51 mm (20 mil) wide and 1 pitch. A 70 mil K7 groove and another 32 radial grooves 0.76 mm (30 mil) deep and 0.76 mm (30 mil) wide.
次いで、研磨層をフォームサブパッド層(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.から入手できるSUBA IV)にラミネートした。両面感圧接着フィルムを使用して、研磨プラテンに得られたパッドを取り付けた。最終的なパッドは、直径775mm(30.5’’)を有する。 The polishing layer was then laminated to a foam subpad layer (SUBA IV available from Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.). A double-sided pressure sensitive adhesive film was used to attach the resulting pad to a polishing platen. The final pad has a diameter of 775 mm (30.5'').
CMP研磨プラットホーム、Reflexion(登録商標)LK(Applied Materials(Santa Clara, CA)製)を使用して300mmウェーハを研磨した。研磨条件は、プラテン速度93rpm;キャリア速度87rpm;及び研磨媒体流量300mL/minを含んでいた。 A CMP polishing platform, Reflexion® LK from Applied Materials, Santa Clara, Calif., was used to polish 300 mm wafers. Polishing conditions included a platen speed of 93 rpm; a carrier speed of 87 rpm; and a polishing media flow rate of 300 mL/min.
使用中、pH約7で1.5重量%のコロイダルシリカ砥粒及び1重量%のH2O2を含むCSL9044バルク銅スラリー(Fujifilm Planar Solutions(Japan))、並びに、使用中、pH2~2.5で2重量%のフュームドシリカ砥粒及び2重量%のH2O2を含むW2000(商標)バルクタングステンスラリー(Cabot Microelectronics(Aurora, IL))を含む複数のCMP研磨スラリーを評価した。各スラリーを使用して以下の基板を研磨した:
・CSL9044C(銅研磨):Cuウェーハ(3psi(20.7kPa));
・W2000(タングステン研磨):W、TEOS、及びSiNシートウェーハ(2psi(13.8kPa)及び4psi(27.6kPa))。
CSL9044 bulk copper slurry (Fujifilm Planar Solutions (Japan)) containing 1.5 wt % colloidal silica abrasive and 1 wt % H 2 O 2 at pH about 7 during use and pH 2-2. 5 were evaluated, including W2000™ bulk tungsten slurry (Cabot Microelectronics (Aurora, Ill.)) with 2 weight percent fumed silica abrasive and 2 weight percent H 2 O 2 . Each slurry was used to polish the following substrates:
・CSL9044C (copper polishing): Cu wafer (3 psi (20.7 kPa));
• W2000 (tungsten polish): W, TEOS, and SiN sheet wafers (2 psi (13.8 kPa) and 4 psi (27.6 kPa)).
研磨前に、コンディショニングディスクAM02BSL8031C1-PM(AK-45(商標)ディスク、Saesol Diamond Ind.Co., Ltd(Gyeonggi-do(Korea)))をCMPポリッシングパッドのならし及びコンディショニングのために使用した。それぞれの新しいパッドを7lbf(31N)のダウンフォースで30分間ならし、スラリー交換前にさらに5分ならした。研磨中、100%インサイツコンディショニングを5lbf(22N)で銅研磨のために使用し、30秒のエクスサイツコンディショニングを7lbf(31N)でタングステン研磨のために使用した。10枚のダミーウェーハを研磨し、続いて研磨除去速度及び他の研磨特性を決定するために3枚のウェーハを研磨した。 Conditioning disc AM02BSL8031C1-PM (AK-45™ disc, Saesol Diamond Ind. Co., Ltd, Gyeonggi-do (Korea)) was used for run-in and conditioning of the CMP polishing pad before polishing. Each new pad was broken in at 7 lbf (31 N) downforce for 30 minutes and an additional 5 minutes before slurry change. During polishing, 100% in situ conditioning was used at 5 lbf (22 N) for copper polishing and 30 seconds of ex situ conditioning at 7 lbf (31 N) was used for tungsten polishing. Ten dummy wafers were polished, followed by three wafers to determine the polish removal rate and other polishing properties.
FX200計測ツール(KLA-Tencor(Milpitas, CA))を使用し、縁部3mmを除く49点スパイラルスキャンを使用して研磨前後に膜厚を測定することによって除去速度を決定した。 Removal rates were determined by measuring the film thickness before and after polishing using an FX200 metrology tool (KLA-Tencor, Milpitas, Calif.) using a 49-point spiral scan excluding 3 mm of the edge.
除去速度(RR)の研磨結果を以下の表6及び7に示す。規格化した結果は、比較例の結果を100%又は1の適用できるいずれかに設定する。 The removal rate (RR) polishing results are shown in Tables 6 and 7 below. The normalized results are set to either 100% or 1 where applicable for the comparative example.
%不均一性(%NU):研磨後の最終膜厚の範囲を計算することによって%NUを決定した。%NUの研磨結果を以下の表6及び7に示す。
上の表6及び7に示す通り、パッドJは、比較例のパッドAと比べて、特に高い研磨温度で著しい改善を示した。 As shown in Tables 6 and 7 above, Pad J showed significant improvement over Comparative Pad A, especially at higher polishing temperatures.
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